고효율화와 클린화로 극적 변혁 맞이한다

2011년 3월 일본은 동일본대지진과 도쿄전력 후쿠시마 제1원전 사고 이후, 원자력발전소가 모두 정지됐기 때문에 화력발전량이 증가했고, 그 결과 화력발전용 연료 소비가 급증했다. 수입 연료비 급증은 전력회사의 경영 악화, 전력요금 상승, 일본 제조업의 수출 경쟁력 상실, 게다가 CO2 증가로 인한 지구온난화에 미칠 악영향까지 우려되고 있다. 따라서 지금이야말로 화력발전이 극적인 변혁을 맞이할 수 있는 중요한 국면이라고 할 수 있다.

제3세대의 화력발전은 고온형 연료전지와 가스터빈과 증기터빈의 3요소를 사용하여 발전하는 트리플 복합발전이다. 고온형 연료전지는 세라믹제로 1,000℃ 고온에서 사용된다. 이것을 SOFC(SOFC : Solid Oxide Fuel Cell : 고체산화물형 연료전지)라고 하며, 50% 정도의 효율로 발전이 가능하다.

SOFC로 발전한 후의 배기가스는 1,000℃ 정도의 고온이기 때문에 그대로 가스터빈에 넣어 발전이 가능하다. 가스터빈의 배기 온도는 600℃ 정도이며, 이것으로 증기를 만들어 증기터빈을 돌린다. 이와 같이 연료전지와 가스터빈과 증기터빈의 3단계에서 발전하며 효율은 65% 정도에 이른다.

이론적으로 현재 이만큼의 고효율 시스템은 존재하지 않으며, 고효율 화력발전의 궁극의 모습은 이 형태가 될 것이다. 여기에 나타낸 효율에 대한 표현은 모두 송전단 효율이며 또한 고위 발열량을 기준으로 한 수치로, 매우 엄격한 기준으로 나타낸 효율을 표현한 것이다.

화력발전에서 가장 먼저 해결해야 할 과제는 철저한 고효율화와 클린화이다. 화력발전을 위한 기술개발과 상용화는 한국이나 중국의 예에서 알 수 있듯이 국가와 산업계와 대학이 하나가 되어 실시하는 방식으로 국가가 함께 개발 경쟁을 하고 있다. 전력요금을 낮게 유지하는 것은 산업 경쟁력을 유지하기 위해서라도 매우 중요하다.